Skalierungs- und Performancepotential von Bilagengraphen-Feldeffekttransistoren fuer Analoganwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Max Christian Lemme
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242643572

Der Fokus dieses Projektes liegt auf der Untersuchung von Performance-Parametern und dem Skalierungspotential von Feldeffekttransistoren (FETs) mit Kanälen aus Bilagengraphen für Hochfrequenzanaloganwendungen. RF Transistoren, wie die hier zu Untersuchenden, profitieren von einem Kanalmaterial mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit und einer gewissen Bandlücke. Im Gegensatz zu Monolagengraphen ist es bei Bilagengraphen möglich durch Anlegen eines vertikalen elektrischen Feldes eine Bandlücke von wenigen 100 meV zu erzeugen. Um dies zu erreichen werden in diesem Projekt Bilagengraphen FETs mit zwei unabhängig steuerbaren Gate-Elektroden hergestellt. Höchstwahrscheinlich wird dazu Bilagengraphen mit einer fest definierten Anordnung zueinander benötigt (AB Stapelfolge, engl. Bernal-stacked). Allerdings gibt es Anzeichen, dass auch zufällige Orientierungen den gewünschten Effekt einer Bandlücke zeigen könnten.Das Projekt umfasst weiterhin das Wachstum von geeigneten Bilagengraphenschichten mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) auf katalytischen Materialien. Dies können zum Beispiel Kupferfolien und Kupferfilme auf Siliziumdioxid sein. Zunächst werden Depositionsexperimente in einem CVD Ofen durchgeführt und später ergänzt durch Untersuchungen mit Plasma-unterstützter Abscheidung (PECVD). Es wird erwartet, dass so die Prozesstemperatur entscheidend reduziert werden kann. Die abgeschiedenen Schichten werden mittels Polymeren auf die gewünschten Substrate als Kanalmaterial für die Transistorherstellung transferiert. Anschließend werden mit Hilfe von mikro- und nanotechnologischen Verfahren Graphentransistoren gefertigt. Die Verwendung von Elektronenstrahlbelichtungen ermöglicht dabei die Herstellung von Bauelementen mit Gate-Längen von bis zu 20 nm. Die Hochfrequenzeigenschaften der Graphen FETs können weitestgehend durch Gleichstrommessungen untersucht werden. Dazu werden insbesondere die Transfer- und Ausgangskennlinien sowie die intrinsische Spannungsverstärkung gemessen. Die experimentellen Ergebnisse werden genutzt, um optimale Betriebseigenschaften zu identifizieren, die sich aus einem Trade-Off zwischen der Ladungsträgerbeweglichkeit und der Bandlücke ergeben. Gate-Längenvariationen und temperaturabhängige Messungen ermöglichen die Untersuchung der Skalierbarkeit von Hochfrequenzeigenschaften, insbesondere den Einfluss von Kurzkanaleffekten auf Graphen-FETs. Die Untersuchungen schließen auf Grund der angestrebten kleinen Abmessungen den Bereich ballistischen Transports ein.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1459: Graphene